第9章光电检测技术的典型应用ppt课件.ppt

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1、9.1微弱光信号检测技术第9章光电检测技术的典型应用降低噪声、改善信噪比待测信号被噪声淹没原因方法采用压缩检测通道带宽采用取样平均处理的方法使信号多次同步取样累计检测通道输出白噪声正比于频带宽的平方根信号的增加取决于取样总数，而随机白噪声增加却仅由取样数的平方根决定9.1.1锁相放大器它是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频（或倍频）、同相的噪声分类有响应，故能大幅度抑制无用噪声，改善信噪比。特点：具有很高的检测灵敏度，信号处理比较简单

2、。选频锁相环移相器输入信号AC参考信号AC信号通道相敏检波输出信号DC前放混频乘法器低通滤波器图9-1锁相放大器的组成方框图参考通道VrV0Vs1.锁相放大器的构成2.锁相放大器的原理设乘法器的输入信号Vs：参考信号Vr：则输出信号V0为：低通滤波器输出信号V'0为：图9-2通过相敏检波器实现的频谱变换输入信号单纯低通滤波光调制单纯带通滤波相敏检波检波后滤波信号谱噪声谱LPFBPFLPFω0fffffff2ω0图9-3方波控制的相敏放大器工作原理0V00V00V00V0VmtVmtVmtVmt图9-4波形图方波控制的相敏放大器工作

3、原理VSotVS-VStABV0Vr+1-1ABΔφ=0°Δφ=180°Δφ=90°Δφ=270°4.锁相放大技术的四个基本环节：通过调制或斩光，将被测信号由零频范围转移到设定的高频范围内。检测系统变成交流系统；在调制频率上对有用信号进行选频放大；在相敏检波中对信号解调。同步调制作用截断了非同步噪声信号，使输出信号的带宽限制在极窄的范围内；通过低通滤波器对检波信号进行低通滤波。5.特点：要求对入射光束进行斩光或光源调制，适用于调幅光信号的检测；极窄带高增益放大器，增益可达1011，带宽窄到0.0004Hz；交流－直流信号变换器，相

4、敏输出正比于输入信号的幅度和它与参考电压的相位差；可以补偿光检测中的背景辐射噪声与前置放大器的固有噪声。信噪比改善可达1000倍。输入信号波形tBAO光束交替转镜（b）图9-5补偿法双通道测光装置的锁相放大器E（a）斩波器输入光样品测量光APMT锁相放大器信号输出参考信号参考电源伺服电机可变衰减器参考光B图9-6采用两个锁相放大器的双频双光束系统光电二极管样品PMTLIA2LIA1f1AB/ABf2f1-f2f1A输入光f2BjPD比例计9.1.2取样积分器（Boxcar平均器）利用取样和平均化技术测定深埋在噪声中的周期性信号的测

5、量装置。1.取样积分器的工作原理它利用周期性信号的重复特性，在每个周期内对信号的一部分取样一次，然后经过积分器算出平均值，于是各个周期内取样平均信号的总体便展现了待测信号的真实波形。因为信号提取(取样)是经过多次重复的，而噪声多次重复的统计平均值为零，所以可大大提高信噪比，再现被噪声淹没的信号波形。图9-7固定位置取样及同步积累原理Ts：信号周期ΔT：取样间隔T：取样周期T=Ts+ΔT取样点的值，应是信号和噪声的和，我们以信号和噪声功率平均值来看积分前后信噪比的变化。若输入信号为Vsi，经过积分器M次积累后所得到的输出电压为输出信

6、号平均功率为噪声电压是随机量Vni，经过m次积累以后，相加所得值Vn仍为随机变量通过累积以后获得的信噪比为通过累积以后信号噪声幅值比(SNIR)为即经过m次积累后，功率信噪比可提高m倍，信号噪声幅值比提高倍。一个取样积分器的核心组件是取样门和积分器，通常采用取样脉冲控制RC积分器来实现，使在取样时间内被取样的波形作同步积累，并将所积累的结果(输出)保持到下一次取样。取样门和积分器完全积分器ViRcCc取样门不完全积分器ViRcCcTc=RcCcVo0.632Tg门脉冲Vo=Vi(1-e-t/Tc)(观察测量时间)Vo=Vi(0.6

7、32)Vo=Vi(1-e-t/Tc)TSRTctt图9-8取样门积分器的工作原理（a）取样门积分器（b）取样积累过程取样积分器通常有两种工作模式，即定点式和扫描式。定点式取样积分器是测量周期信号的某一瞬态平均值；扫描式取样积分器则可以恢复和记录被测信号的波形。下面分别讨论这两种模式。2．定点式取样积分器图9-9定点式取样积分器原理方框图VA信号延时电路取样脉冲放大K取样门RCAVo输出VB参考-+CC特点：定点式取样是对被噪声淹没的信号在固定点取样、平均，所以经m次取样平均后，其幅值信噪比改善为定点式取样积分器仅能在噪声中提取信号

8、瞬时值，其功能与锁定放大器相同，不同的定点可通过手控延时电路来实现。3．扫描式取样积分器扫描式取样积分器利用取样脉冲在信号波形上延时取样，可以恢复被测信号波形。它主要包括可变时延的取样脉冲和在取样脉冲控制下作同步积累这两个过程。扫描式取样积分器可得